파운드리

1. 개요

파운드리는 주형에 쇳물을 부어 금속 제품을 만드는 주물 공장에서 유래한 용어이다. 반도체 칩 제조 기술 발전과 함께 파운드리 산업은 변화를 겪어왔으며, 최신 장비 비용 증가로 인해 구형 팹의 활용에 어려움이 있다. 웨이퍼 크기가 커지는 추세 속에서, 업계는 300mm에서 450mm로 전환을 시도했으나 관련 연구가 중단되었고, 자동화된 팹 구축과 300mm 프라임 이니셔티브를 통해 팹의 효율성을 높이려는 노력이 진행되었다.

2. 어원

'파운드리'라는 용어는 주물 공장, 즉 주형에 쇳물을 부어 금속 제품을 만드는 실제 생산을 담당하는 공장을 지칭하는 것에서부터 유래하였다.

3. 역사

반도체 제조 기술이 발전하면서 파운드리 산업은 큰 변화를 겪었다. 업계는 2018년까지 최첨단 웨이퍼 크기를 300mm(12인치)에서 450mm로 전환하려 했으나, 인텔은 2014년 3월 450mm 배치를 2020년까지 예상했다가 2016년에 관련 공동 연구 노력을 중단했다.

반도체 칩 생산을 처음부터 끝까지 자동화하는 "라이트 아웃 팹" 움직임도 활발하다. 국제 세미테크 제조 이니셔티브(ISMI)는 팹 효율성 증대를 위한 "300mm 프라임" 이니셔티브를 추진하여, 소비재 전자 제품의 짧은 수명 주기에 대응하고, 다양한 전자 장치에 칩을 공급하며, 처리 단계 간 대기 시간을 줄이는 것을 목표로 했다.

3.1. 초기 파운드리 산업

초기에는 팹(fab, 반도체 제조 공장) 설비 비용이 크지 않아 소량의 칩을 생산하는 소규모 팹이 많았다. 그러나 최신 장비 비용은 수십억 달러에 달할 정도로 증가했다.

구형 팹 활용의 어려움은 비용 증가의 또 다른 부작용이다. 많은 기업에게 이러한 구형 팹은 임베디드 프로세서, 플래시 메모리, 마이크로컨트롤러와 같이 특수한 시장을 위한 설계를 생산하는 데 유용하다. 그러나 제품 라인이 더 제한적인 회사의 경우, 팹을 임대하거나 완전히 폐쇄하는 것이 더 나은 경우가 많다. 이는 최신 기술을 요구하는 장치를 생산하기 위해 기존 팹을 업그레이드하는 비용이 완전히 새로운 팹을 건설하는 비용을 초과하는 경향이 있기 때문이다.

웨이퍼가 점점 더 커지는 추세에 따라, 각 공정 단계가 더 많은 칩에서 동시에 수행되고 있다. 이는 생산 비용(화학 물질, 팹 시간)을 더 많은 판매 가능한 칩으로 분산시키는 것이 목표이다. 더 큰 웨이퍼를 처리하도록 기계를 개조하는 것은 불가능하거나 적어도 실용적이지 않다. 그렇다고 더 작은 웨이퍼를 사용하는 파운드리가 반드시 구식이 된 것은 아니다. 구형 파운드리는 운영 비용이 저렴하고, 단순한 칩의 수율이 더 높으며, 여전히 생산적일 수 있다.

3.2. 구형 팹의 활용

많은 기업에게 이러한 구형 팹은 임베디드 프로세서, 플래시 메모리, 마이크로컨트롤러와 같이 특수한 시장을 위한 설계를 생산하는 데 유용하다. 그러나 제품 라인이 더 제한적인 회사의 경우, 팹을 임대하거나 완전히 폐쇄하는 것이 더 나은 경우가 많다. 이는 최신 기술을 요구하는 장치를 생산하기 위해 기존 팹을 업그레이드하는 비용이 완전히 새로운 팹을 건설하는 비용을 초과하는 경향이 있기 때문이다.

3.3. 웨이퍼 크기 변화

생산 비용 절감을 위해 각 공정 단계가 더 많은 칩에서 동시에 수행될 수 있도록 점점 더 큰 웨이퍼를 생산하는 추세가 있었다. 생산 비용(화학 물질, 팹 시간)을 더 많은 판매 가능한 칩으로 분산시키는 것이 목표였다.

업계는 2018년까지 최첨단 웨이퍼 크기인 300mm(12인치)에서 450mm로 전환하는 것을 목표로 했다. 인텔은 2014년 3월 450mm 배치를 2020년까지 예상했지만, 2016년에 관련 공동 연구 노력이 중단되었다.

3.4. 자동화 추세

반도체 칩 생산을 처음부터 끝까지 완전히 자동화하려는 움직임이 크다. 이는 종종 "라이트 아웃 팹" 개념으로 불린다.

3.5. 300mm 프라임 이니셔티브

국제 세미테크 제조 이니셔티브(ISMI)는 팹의 효율성 증대를 위한 "300mm 프라임" 이니셔티브를 추진했다. 이 이니셔티브의 중요한 목표는 팹이 소비재 전자 제품에서 나타나는 더 짧은 수명 주기에 대응하여 더 적은 로트를 더 쉽게 생산하고, 다양한 새로운 전자 장치에 칩을 공급하기 위해 생산을 효율적으로 전환하여, 더 많은 양의 작은 칩을 생산할 수 있도록 하는 것이다. 또 다른 중요한 목표는 처리 단계 간의 대기 시간을 줄이는 것이다.